数控加工与工业机器人组合应用

FANUC机器人

自动加工生产线配置了两台FANUC Robot M-20iA搬运系统机器人，其中一台机器人作为行走机器人R1，使用FANUC伺服电动机αiF12／3000控制，通过精密减速机、齿轮及齿条进行传动，重复精度高，可以轻松适应机床在导轨两侧布置的方案。主要用于毛坯工件的抓取、机床上料、加工工序间工件抓取以及加工成品卸除并运送到传输带上。另一台固定机器人R2结合FANUC独有的智能机器人技术(iRVision视觉功能)，用于下料，在料筐里码放加工成品。 

 FANUC Robot M-20iA机器人各环节每一个结合处为一个关节点或坐标系，其外形及各关节位置如图1所示。 

图1 FANUC机器人外形图 

2.自动加工线设备布置

电机外壳自动加工生产线由上料输送带和下料输送带(分别配置iRVision视觉系统)、行走机器人R1(导轨式)、固定机器人R2、两台VM850立式加工中心、一台CLX360数控车床、成品料筐和系统控制柜等组成，各设备布置如图2所示。 

图2 加工线设备布置图 

3.数控加工工艺

工件为电机外壳，如图3所示，为大批量生产，材料是ADC12铝合金。加工内容包含端面铣削钻孔、攻螺纹和内孔车削等内容。 

图3 电机外壳零件图 

零件加工工序内容分配如下：(1)VM850立式加工中心1进行M4螺纹底孔钻孔、M4螺纹攻螺纹及铣削外圆凸台工序加工，如图4所示。 

图4 加工中心l力口工工序图 

 (2)VM850加工中心2进行钻6个Φ5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工，如图5所示。 

图5 加工中心2加工工序图 

 (3)CLX360数控车床进行内孔及台阶孔、孔口倒角工序加工，如图6所示。 

图6 数控车床加工工序图 

此外，还需要设计专用夹具，加工中心夹具采用内夹方式，数控车床采用外夹方式。利用机器人与数控机床加工组合应用技术，以自动上下料的方式加工此工件，提高加工效率。 

4.机器人自动上下料动作设计

根据工件的外形特点设计机器人气动手爪部件，包含气动、传感器及机械部件等。工件加工工艺流程如下：①毛坯工件摆放在上料传送带上。②行走机器人R1复合手爪抓取毛坯工件，行走到加工中心1位置，将工件安装到加工中心1的专用夹具上，如图7所示。③待加工中心1加工完成后，行走机器人R1复合手爪取下工件，行走到加工中心2位置，将工件安装到加工中心2的专用夹具上，如图8所示。④待加工中心2加工完成后，行走机器人R1取下工件到数控车床位置，将工件安装到专用夹具上，如图9所示。待工件加工完成后取下工件，机器人行走到工件翻转台位置，进行工件翻转、交换，如图10所示。⑤工件在翻转台进行交换后，机器人R1把加工成品放置在下料传送带上，如图11所示，由机器人R2进行工件下料、自动码放在成品料筐中，如图12所示。 

至此，结束一个完整的加工流程。各加工工序有相应的节拍，经过调整CNC加工程序以及机器人动作程序后，可实现数控机床加工与机器人上下料的完美组合。 

5.专用夹具设计

依据三台数控机床各自的加工工序任务，设计三套组合气动夹具，介绍如下。 

 (1)立式加工中心1专用夹具：立式加工中心1进行钻孔、攻螺纹及铣削外圆凸台工序加工，设计以一面两销定位工件、以气动旋转夹紧器夹紧方式的夹具，如图13所示。 

图13 加工中心1夹具 

 (2)立式加工中心2专用夹具：立式加工中心2进行钻6个Φ5.5mm的通孔、孔口倒角工序加工，设计以气动三爪自定心卡盘夹紧工件，以两个弹性V形块定向的夹具，如图14所示。 

图14 加工中心2夹具 

 (3)数控车床专用夹具：数控车床进行内孔及台阶孔、孔口倒角工序加工，设计以一面两销定位工件、以气动旋转夹紧器夹紧方式的夹具，如图15所示。 

图15 数控车床夹具

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